14.6. Створення та оновлення топографічних карт за матеріалами аерокосмічних знімань

Для створення топографічних карт придатні як аерофото-, так і космічні знімки, частина яких в наш час не поступається за якістю аерознімкам.

Як відмічено у 2.16, основною ланкою сучасного картографічного виробництва є створення цифрової карти як цифрової моделі місцевості. Цифрова форма подання топографічних даних є і продуктом автоматизації виробничих процесів і формою, яка задовольняє вимоги автоматизації всіх етапів створення карт від збору і реєстрації даних знімань до виготовлення звичайних паперових, комп’ютерних та електронних карт.

Загальна технологічна схема створення та оновлення цифрових карт з використанням обладнання та програмного забезпечення цифрової фотограмметрії включає такі процеси: підготовчі роботи; дешифрування фотознімків; перетворення аналогових знімків у цифрову форму; фотограмметричне згущення планово-висотної мережі; побудова стереоскопічної моделі місцевості; формування бази даних просторових координат та топографічних характеристик об’єктів (збір інформації) і створення електронних карт; формування (збір) і оновлення цифрової інформації про контури об’єктів; формування (збір) цифрової інформації про рельєф; створення цифрових ортофотопланів; редагування цифрової інформації; контроль якості цифрової інформації.

Підготовчі роботи включають збір, систематизацію, вивчення та попередню обробку матеріалів, потрібних для забезпечення фотограмметричної обробки знімків, а також сканування фотознімків та існуючих видавничих оригіналів карт.

Дешифрування фотознімків — це розпізнавання об’єктів місцевості за їх фотографічним зображенням, встановлення їхніх якісних і кількісних відмінностей з позначенням на знімку відповідними умовними знаками. Залежно від призначення дешифрування може бути топографічним, геологічним, сільськогосподарським, лісовим тощо. Топографічне дешифрування знімків — найбільш універсальний вид, що охоплює розпізнавання всіх предметів місцевості, які повинні бути на топографічній карті. Його можна здійснити у камеральних і польових умовах. У камеральних умовах на великомасштабних знімках добре дешифрують більшість предметів і контурів місцевості.

Для розпізнавання об’єктів використовують їх дешифрувальні ознаки: форму, тон (ступінь потемніння зображення на чорно-білих знімках) або колір (на кольорових знімках), структуру окремих частин фотознімка, тінь, що падає від предметів місцевості. Це прямі дешифрувальні ознаки. Непрямі дешифрувальні ознаки грунтуються на різноманітних взаємозв’язках об’єктів. Частково ці ознаки є зафіксованими на фотознімках певними рисами природних і культурних ландшафтів, а частково взагалі не пов’язані із зображенням місцевості на фотознімках (об’єкти, що замасковані іншими, містяться під землею або проявляються лише у певний сезон).

У процесі камерального дешифрування для правильного розпізнавання об’єктів використовують альбоми-еталони, що складаються з ряду типових для певної місцевості знімків, на яких подані найбільш важливі і характерні елементи ситуації. На практиці існує дуже багато об’єктів, які неможливо розпізнати на знімку при камеральному дешифруванні. Окрім того, числові показники, географічні назви, адміністративні кордони й ряд інших елементів карти взагалі не можуть бути зображені на знімках. Тому камеральне топографічне дешифрування доповнюється польовим, у процесі якого фотографічне зображення аерознімка порівнюється безпосередньо з натурою. Для порівняння з місцевістю космічних знімків використовують польоти літаком або гвинтокрилом. Закінчується дешифрування об’єктів в межах робочих площ знімків оформленням у відповідних умовних знаках.

Результати дешифрування, каталоги координат опорної мережі (планово-висотної прив’язки аерокосмічних та наземних знімків), а також самі цифрові знімки, паспортні характеристики АФА, є вихідною інформацією для створення і оновлення топографічних планів і карт на ЦФС.

Перетворення аналогових знімків у цифрову форму виконують на оптичних фотограмметричних сканерах високої роздільної здатності і точності. Створення та оновлення топографічних планів і карт на ЦФС виконують з використанням. чорно-білих, кольорових, спектрозональних цифрових знімків у форматах TIF (Tiled), TIF (JPEG-compression), TIF (ZIP-compression), BMP, DIP, RAW.

Фотограмметричний сканер «Дельтаскан» виробництва ДНВП «Геосистема» дозволяє виконувати автоматичне сканування фотозображень формату 260×260 мм (470×320 мм), з мінімальним розміром пікселя 8 мкм з середньою квадратичною помилкою ±2 мкм. Вихідні формати цифрових знімків: блочний TIF (JPEG/ZIP), Plain TIF, BMP. Роздільна здатність 16 мкм, час сканування чорно-білого знімка формату 230×230 мм складає 6 хв., кольорового — 15 хв.

Сканування існуючих планів та карт попередніх видань виконують на планшетних сканерах.

Планшетний сканер «Картаскан-3» має такі технічні можливості: високі геометричну точність ± 0.1 мм та роздільну здатність сканування у 400 dpi (кількість точок або пікселів на один дюйм), можливість сканування планів і карт на жорсткій основі, в тому числі і деформованій, врахування деформації зображення, корегування оптичних властивостей растрових зображень.

Тривалість сканування чорно-білого зображення формату 600×600 мм з роздільною здатністю пікселя 60 мм складає 4 хв., кольорового зображення листа карти такого ж формату — 10 хв.

Фотограмметричне згущення планово-висотної мережі виконують за відсутності достатньої для побудови стереоскопічної моделі місцевості кількості опорних точок. Існуюча розріджена державна геодезична мережа згущується шляхом визначення просторового положення точок, які чітко розпізнаються як на місцевості, так і на знімку. Таки точки називаються опізнаками. Планове і висотне положення опізнаків визначається камерально, шляхом створення мереж аналітичної фототріангуляції. Методи аналітичної фототріангуляції засновані на математично строгій теорії, що встановлює залежності між просторовими координатами точки об’єкта і координатами зображень цієї точки на сусідніх знімках.

Апаратним забезпеченням створення мереж аналітичної фототріангуляції як і подальшої фотограмметричної обробки є сучасні цифрові фотограмметричні станції (ЦФС).

Фотограмметрична станція «Дельта» виробництва ДНВП «Геосистема», базується на стандартному Intel-сумісному комп’ютері високої потужності, що працює під операційною системою Windows 98/NT/2000/XP. Режим спостережень забезпечується стереоскопом, затворними стереоокулярами або анагліф-окулярами. Режим стереоскопа забезпечує спостереження нерухомої марки при переміщенні знімків.

Фототріангуляція на ЦФС «Дельта» забезпечує збір інформації із знімків маршруту й блоку з автоматичною кореляцією координатних міток і сполучних точок, аналізом і інтерактивним редагуванням результатів автоматичних стереовимірювань, а також блокове урівнювання способом незалежних моделей і зв’язок з використанням координат центрів проекцій знімків. Обчислені елементи орієнтування використовуються для автоматичного відновлення орієнтування знімків під час їх наступній обробці (збір, ортофототранспортування, картографування, тощо).

Побудова стереоскопічної моделі місцевості на ЦФС. При достатній для побудови стереоскопічної моделі місцевості кількості опорних точок для всіх знімків фотограмметричне згущення не виконується, а здійснюється безпосередня побудова одиночної моделі місцевості.

При виконанні внутрішнього, взаємного і зовнішнього орієнтування знімків стереопари забезпечується можливість автоматичної кореляції зображень. Внутрішнє орієнтування знімків виконується по відповідному даній фотокамері числу координатних міток. Взаємне орієнтування знімків стереопари полягає в послідовному усуненні поперечних і поздовжніх паралаксів за 6-12 точками в 6 стандартних зонах перекриття знімків. Зовнішнє орієнтування моделі виконується за 4-6 опорними точками. На кожній стадії орієнтування забезпечується повний контроль і можливість корекції помилок.

Формування бази даних просторових координат та топографічних характеристик об’єктів (збір інформації) і створення електронних карт полягає в цифровій реєстрації просторових координат і картографічних характеристик топографічних об’єктів. У цьому випадку виконується створення цифрової карти на чистій основі, тобто заповнення бази даних здійснюється «з нуля», що стосується лише об’єктів, які з’явилися або змінилися. Крім цього, вилучається цифрова інформація про об’єкти, що зникли на час створення карти, а також відновлюється геометрія і характеристики об’єктів, що змінилися.

Наповнення бази топографічних даних здійснюється в процесі збору цифрової інформації з фотограмметричної моделі місцевості. Принциповою особливістю методу є використання геодезичної системи координат, що задається координатами опорних точок у процесі зовнішнього орієнтування моделі. Такий підхід дозволяє одержати в єдиній системі координат незалежно від орієнтування знімків метричну інформацію зі знімків різних зальотів.

Формування (збір) і оновлення цифрової інформації про контури об’єктів виконують за відсканованими картами, ортофотопланами, окремими знімками. Цифрова інформація збирається і реєструється по групах об’єктів, які складають певний шар інформації (кількість шарів не обмежується), а саме: населені пункти, промислові об’єкти, гідрографія, шляхопроводи, комунікації, елементи рельєфу, рослинний покрив, межі землеволодінь, інші елементи, пікети і текстові написи тощо.

Формування (збір) цифрової інформації про рельєф виконується за стереоскопічною моделлю декількома способами: трасуванням горизонталей у ручному режимі; побудовою регулярної цифрової моделі рельєфу (ЦМР) із заданим кроком у ручному, автоматичному й інтерактивному режимах; побудовою у ручному або автоматичному режимах нерегулярної ЦМР у вигляді пікетів характерних точок рельєфу.

Створення цифрових ортофотопланів на всю територію аерозальоту відбувається за результатами блочної фототріангуляції після створення ЦМР. Програма автоматично створює ортотрансформовані фрагменти із центральних зон кожного знімка з автоматичним їх стикуванням, інтегральним поліпшенням контрасту тонів або усуненням колірної невідповідності меж. Стикування знімків вздовж маршруту виконується автоматично, а між маршрутами - після редагування меж між ними.

Редагування цифрової інформації призначене для формування планшетного аркуша карти з написами і умовними позначеннями, а також оперативного одержання інформації про будь-який об’єкт.

Контроль якості цифрової інформації забезпечує численні функції перевірок і контролю геометрії, змістовного навантаження, семантики, зв’язків об'єктів, включає можливість виправлення інформації в автоматичному, інтерактивному і ручному режимах із протоколюванням результатів виконання операцій контролю.